JP2013135246A - 画像読取装置の原稿浮き量検出方法及びそれを適用した画像処理方法及び画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 原稿の読み取り画像のコントラストの高い部分の画像情報に基づき
、照明装置の製造のバラツキや安定性にも依存することなく、従来のＣＩＳ光学系をそのまま使用して原稿の浮き量を検知する。
【解決手段】 原稿を載置する原稿台と、ラインセンサと、該ラインセンサの画素の配列方向に配列されたレンズアレイと、を有する画像読取装置で読取った画像情報に基づき、該原稿台からの原稿の浮き量を検出する方法は、該ラインセンサの画素の配列方向に走査して該原稿の画像情報をライン画像情報として取得し、該ライン画像情報から特徴部分を抽出し、該特徴部分の画像情報を周波数解析して特性周波数を検出し、該特性周波数から原稿浮き量を特定する、ことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像読取装置の原稿浮き量検出方法及びそれを適用した画像処理方法及び画像読取装置に関し、特に、ＣＩＳ光学系を有する画像読取装置における原稿台の上に載置する原稿の浮き量を読み取った画像情報から検出する方法、およびそれを用いた画像読取装置に関するものである。

従来、画像読取装置に用いられる光学系としては、主に２種知られている。一方は、読取幅よりも狭い１次元光電変換素子と縮小結像レンズを組み合わせた「縮小光学系」であり、他方は、読取幅と略同一の１次元光電変換素子と等倍結像し正立等倍レンズアレイを組み合せた、「密着等倍光学系（通称Contact Image Sensor光学系：以下ＣＩＳ光学系と記載する）」である。

図１１に、縮小光学系の概略の構成を示す。縮小光学系は、原稿台ガラス１０１上に載置され、図示されていない光源により照明される原稿１０２と、この原稿１０２の像をＣＣＤなどである１次元光電変換素子１０３上に結像する縮小結像レンズ１０４から構成されている。図１１中、Ｌ１はこの光学系の光路長を示す。

図１２に、ＣＩＳ光学系の概略の構成を示す。ＣＩＳ光学系は、原稿台ガラス１１１上に載置され、図示されていない光源により照明される、原稿１１２の像をＣＣＤ等である１次元光電変換素子１１３に結像する正立等倍レンズアレイ１１４から構成されている。図１２中、Ｌ２はこの光学系の光路長を示す。

縮小光学系においては、縮小結像レンズの画角に制約があるため、ＣＩＳ光学系に比べ光路長が長くなる。また、図１１、１２中に矢印で示したように原稿１０２、１１２原稿台ガラス１０１、１１１面上から浮き上がった場合には、受光素子上の結像状態が変化するが、縮小光学系は焦点深度が深いため、ＣＩＳ光学系に比べて結像状態の変化は小さい。

これに対し、ＣＩＳ光学系では、正立等倍レンズアレイ１０４による画角制約は小さく、光路長を極めて短くできるので、ユニット全体を薄く小型化できる。一方で、ＣＩＳ光学系は焦点深度が浅い。

図１３に、縮小光学系とＣＩＳ光学系による焦点深度の比較を示す。縮小光学系は焦点深度が深いため、図中の太線で示すように、原稿浮き量に対しＭＴＦは鈍感な特性を示す。これに対しＣＩＳ光学系では、焦点深度が浅いため、図中の破線で示すように、原稿浮きに対しＭＴＦが敏感であり、ＭＴＦが低下し易い。

画像読取装置によって読取られる原稿は平面状の紙が一般的だが、一般的な使用においても原稿が浮き上がった状態で画像読取されるケースは頻繁に発生する。原稿浮きが発生する例を図１４に示す。

原稿台ガラス１４１上に載置された原稿１４２は、キャリッジ１４６に内包された照明装置１４５によって照明され、原稿１４２で反射した光は、ＣＩＳ光学系１４４を経由してラインセンサで読み取られる。キャリッジ１４６は図示しない駆動装置によって、矢印の方向（副走査方向）に移動して２次元走査をすることによって原稿の画像情報が得られる。得られた画像情報は図示しない画像処理装置に伝送し処理される。

原稿１４２は原稿突き当て部１４７に突き当てられるが、原稿１４２のサイズが原稿台ガラス１４１よりも大きい場合などには突き当て部に乗り上げた状態が発生する。また、ゼムクリップ１４８やバインダークリップ１４９などによって原稿が固定されている場合は、それらの厚さ分もしくは、その半分量の原稿浮きが発生する。原稿が複数枚束ねられた状態であったり、折り目がつけられた経緯などがあれば原稿シワとなり、やはり原稿浮きが発生する。

原稿浮きによる焦点ズレは画像読取装置の読み取り結果として好ましくない。文字情報を有した読取画像を光学文字認識処理（Optical Character Reader：以下ＯＣＲ処理と記載する）を行う際には誤認識される確率が高くなるなど、情報処理的にも解決されるべき重要課題である。

従来のＣＩＳ光学系を用いた画像読取装置としては、例えば、特許文献１に開示された装置が知られている。この装置は、原稿面スキャン中に、所定の範囲の白地の読取出力値から原稿の浮き量を推定し、画像補正の係数を調整するというものである。

また、縮小光学系でもＣＩＳ光学系でもない構成として、２種の課題を解決しようとした画像読取装置として、特許文献２に開示された画像読取装置が知られている。この装置は、光学系を主走査方向に千鳥状に２列配置し、両列の相対的な読取光軸を副走査方向に傾斜することによって、原稿浮量を検知するものである。

特開平１１−２１５３２９号公報 特開２００９−２４６６２３号公報

特許文献１に開示された従来技術では、照明装置の製造バラツキや安定性に依存して、白地の読取出力値は変化してしまう。また、白地の汚れなどによって誤処理されてしまう可能性があるし、そもそも白地がない画像には対応できず、全面印刷された画像には対応できないという課題があった。また、特許文献２に開示された従来技術では、光学系の構成部品点数が大幅に多くなることは容易に想定でき、かつ複雑であるために調整等の時間も従来よりも長くなる。
そこで、本発明の目的は、白地を必要とすることなく、かつ単純な構成の光学系を用いた、原稿の浮き量を検知する方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の原稿浮き量検出方法は、原稿を載置する原稿台と、ラインセンサと、該ラインセンサの画素の配列方向に配列されたレンズアレイと、を有する画像読取装置で読取った画像情報に基づき、該原稿台からの原稿の浮き量を検出する方法であって、該ラインセンサの画素の配列方向に走査して該原稿の画像情報をライン画像情報として取得し、該ライン画像情報から特徴部分を抽出し、該特徴部分の画像情報を周波数解析して特性周波数を検出し、該特性周波数から原稿浮き量を特定する、ことを特徴とする。

本発明によれば、読み取り画像の文字や線又は原稿紙の端部等のコントラストの高い部分の画像情報に基づき、従来技術のような白地を必要とすることなく、照明装置の製造のバラツキや安定性にも依存することなく、また、従来のＣＩＳ光学系をそのまま使用可能で新規な光学系を使うことなく原稿の浮き量を検知することを可能にした原稿浮量の検知方法を提供することができる。

本発明の実施形態１で読取られた画像を示す図。 従来のＣＩＳ光学系の焦点ボケ要因を説明する図。 本発明の実施形態１で抽出され周波数解析をする信号を示す図。 本発明の実施形態１の周波数解析結果を示す図。 原稿浮き量と特性周波数（ＤＰ）との相関を示す図。 本発明の実施形態１の動作を示す図。 本発明の実施形態２で読取られた画像を示す図。 本発明の実施形態２で抽出され周波数解析をする信号を示す図。 本発明の実施形態２の周波数解析結果を示す図。 本発明の実施形態２の動作を示す図。 従来の縮小光学系を説明する図。 従来のＣＩＳ光学系を説明する図。 従来の縮小光学系とＣＩＳ光学系の焦点深度を説明する図。 画像読取装置において焦点ボケは生じる理由を説明する図。

以下に、本発明の画像読取装置における原稿浮き量検出方法の好ましい実施の形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

以下、図１乃至５を参照して、本発明の第１の実施例による、画像解析方法について説明する。一般的なＣＩＳ光学系を用いた画像読取装置による読取画像を図１に示す。ＣＩＳ光学系の概略の構成を図２に示す。ＣＩＳ光学系は、原稿台ガラス１１１上に載置され、図示されていない光源により照明される、原稿１１２の像をＣＣＤ等である１次元光電変換素子（ラインセンサ）１１３に結像する正立等倍レンズアレイ（レンズアレイ）１１４から構成されている。図２中、Ｌ２はこの光学系の光路長を示す。正立等倍レンズアレイ（レンズアレイ）１１４は、１次元光電変換素子（ラインセンサ）１１３の画素の配列方向に複数のレンズが配列されて構成されている。

図１（Ａ）は原稿台ガラス表面で読取られた、焦点ボケのない画像である。図１（Ｂ）は原稿台ガラス表面から原稿が浮き上がった状態で読取られた、焦点ボケのある画像である。図からわかるように、ＣＩＳ光学系における焦点ボケは、文字が太くなり、主走査方向に多重像化するという特徴がある。

ＣＩＳ光学系で原稿台の上に載置された原稿の情報を読み取る場合に、原稿が原稿台のガラス面から浮いた状態であると、図１（Ｂ）に示したように、結像状態は極端に悪化する。これは、以下の２つの要因による。第１の要因は、図２に示す開口角Ωが大きいことである。正立等倍レンズアレイは、個々のレンズ口径が小さいが、製造上の制約により一定以上の小径化は困難である。それに対し、光路長Ｌ２は小さく設計するので必然的に開口角Ωは大きくなる。その結果、原稿が浮いた際に発生するボケは大きくなる（図２中Ａ）。第２の要因は、原稿上の一点を複数のレンズで結像していることである。複数のレンズを通過する光束はそれぞれのレンズに対する画角が異なるので、原稿が浮いた際には、１次元光電変換素子１１３上での重なりがずれてボケが大きくなる（図２中Ｂ）。

第二の要因によるボケは、正立等倍レンズアレイ１１４のピッチおよび画角に対して強い依存性がある。従って、第二の要因のボケを数値化すれば、焦点ズレ量に対応した係数が得ることができる。

図１に示した読み取り画像のうち、図中のＣで示された領域の輝度分布を主走査方向に対してグラフ化したのが図３である。原稿が浮き上がると輝度の振幅が小さくなりつつ、主走査方向に輝度の幅が広がっていく。

この輝度信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって周波数解析をした結果を図４に示す。画像の輝度信号を周波数解析すると、もともとの画像情報が有している周波数特性や画像読取装置に固有のセンサピッチやノイズによる周波数特性に加え、ＣＩＳ光学系における原稿浮きに起因する特性周波数（Defocus Parameter：以下ＤＰという）がレンズアレイの仕様によって決まる特定区間に現れる。図４では、原稿が原稿台のガラス面から２ｍｍ浮いた状態（２ｍｍ浮き）、４ｍｍ浮いた状態（４ｍｍ浮き）によるＤＰが、原稿面で読取った際の信号に対し顕著なピークとして表れている。
本実施例では、図中矢印で示すFFT強度値の最も大きい周波数値をDPとして計測する処理を行っている。

このＤＰと原稿浮き量は、図５のような、いずれも正の値の範囲で原稿浮きゼロ、特性周波数（ＤＰ）がゼロの軸を漸近線とするような曲線の関係を有し、ＤＰは原稿浮き量が大きくなるにつれて低くなる関係を有する。この原稿浮き量とＤＰの関係に基づき、ＤＰを検出することで、原稿浮き量を特定することが可能となる。
本実施例では、前記曲線の関係であることを関数式として装置内に記憶させてあり、計測されたDP値を同関数式に代入することにより、原稿浮き量を特定することができる。

原稿浮き量が特定されれば、その浮き量によって、どのような結像状態・濃度になるかはシミュレーション等で容易に想定できるから、画像のコントラスト補正や濃度補正など、原稿浮き量に応じて適切に画像処理をすることができる。
読み取った画像中で特性周波数（ＤＰ）を抽出するために選択する領域Ｃは、単調画像よりもコントラストの高い部位が好ましい。単調画像では、周波数解析の結果にノイズ成分が多くなり、ＤＰの正しい検出ができない場合がある。

以上の原稿浮き量を特定するための一連の処理を、画像読取装置による読み取り処理を行いながら実施することも可能である。図６に示したフローチャートを参照しながら、第１の実施例の原稿浮き量を特定するための一連の処理フローを説明する。
画像読取装置は、読取命令を受けるとスタートする。

ステップＳ１０１において、主走査方向の読み取り走査を実施し、主走査方向の画像情報（ライン画像情報）を取得する。主走査方向の読取り走査は、正立等倍レンズアレイ１１４の配列方向（主走査方向）での画像情報の読み取りである。主走査方向１ライン分の読み取り走査が終了した後、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２において、読み取った１ライン分の画像情報（ライン画像情報）の中から、後のＤＰ検出処理に供するための特徴部分である高コントラスト部を抽出する。この特徴部分をＤＰ検出に供することにより、後に行う周波数解析でのＤＰ抽出における、単調な画像部分を選択することによるノイズの影響を回避する。

ステップＳ１０３に進み、ステップＳ１０２において抽出された高コントラスト部の画像情報を周波数解析することにより、特性周波数（ＤＰ）を検出する。

ステップＳ１０４に進み、検出されたＤＰに応じて、読み取り走査された１ライン分の画像データを補正する。

ステップＳ１０５では、読み取り走査した主走査ラインが最終ラインかどうかを判断し、最終ラインではない場合は、Ｓ１０６へ進み、最終ラインである場合は、処理を終了する。

ステップＳ１０６では、正立等倍レンズアレイ１１４が固定されているキャリッジを副走査方向にシフトさせ、Ｓ１０１に戻り、次のライン以降の読み取り走査処理を最終ラインまで繰り返す。

この処理によって、画像読取装置のスキャン動作終了後、速やかに原稿浮きの影響の少ない高画質の２次元画像を得ることができる。

以下、図７乃至１０を参照して、本発明の第２の実施例による、画像読取装置における原稿浮き量検出方法について説明する。
一般的なＣＩＳ光学系を用いた画像読取装置において、図１４における原稿突き当て部１４７に原稿が乗り上げて浮いている状態で読取られた読取画像を図７に示す。図７において、上方に向かって原稿の浮き量が大きくなっており、それにともなって、原稿右端の原稿の端部に焦点ボケの影響が現れている読取画像である。なお、図中の左右方向（主走査方向）における原稿浮き量は一定であると仮定して説明する。

第１の実施例と同じく本実施例においても、原稿浮きによる焦点ボケの影響はＣＩＳ光学系に起因する多重像化として表れるという特徴がある。この画像のうち、図７中のＤで示された領域（原稿の紙の主走査方向における端部を含む領域）の輝度分布をグラフ化したのが図８である。図８中には、原稿が２ｍｍ浮いた場合と、４ｍｍ浮いた場合、及び、浮き上がりがない場合（原稿面）の主走査方向における輝度分布を示す。原稿が浮き上がるとエッジ部における輝度の傾斜が緩やかになりつつ、小刻みな振幅が生じる。
この輝度信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により周波数解析した結果が図９である。

実施例１の場合と異なるのは、特徴部分として選択したのが、第１の実施例における読み取り画像内の高コントラスト部であったのに対し、紙面上に描画された画像の影響を受けにくい、原稿紙面の主走査方向における端部であるエッジ部位であることである。このため、原稿面での周波数特性に原稿起因の低下が少なくなるなどの特徴がある。しかし、ＤＰが発生する原理は共通であり、現れる波長帯も同じで、２ｍｍ浮き、４ｍｍ浮きによるＤＰが、原稿面で読取った際の信号分布よりも顕著な信号として表れている。
本実施例では、図中に示すように、FFT強度に閾値を設定している。閾値がピーク値の前後で交わる周波数値を計測し、その中間地点を平均値として計算する方法によってDPを得ている。

ＤＰの振る舞いも実施例１の場合と同様で、原稿浮き量が大きくなるにつれてＤＰは低くなる。このＤＰと原稿浮き量との相関は画像によらないので、図５の関係をそのまま用いて、検出されたＤＰから原稿浮き量を特定することができる。

第１の実施例と同様に原稿浮き量が特定されるから、その浮き量が存在することによって、どのような結像状態・濃度になるかはシミュレーション等で容易に想定でき、画像のコントラスト補正や濃度補正など、原稿浮き量に応じて適切に画像処理をすることができる。
原稿端部はコントラストが特に高く周波数解析に適している。

以上の原稿浮き量を特定するための一連の処理を、画像読取装置による読み取り処理を行いながら実施することも可能である。図１０に示したフローチャートを参照しながら、第２の実施例の原稿浮き量を特定するための一連の処理フローを説明する。
画像読取装置は、読取命令を受けるとスタートする。

ステップＳ２０１において、主走査方向の読み取り走査を実施し、主走査方向の画像情報（ライン画像情報）を取得する。主走査方向の読取り走査は、正立等倍レンズアレイ１１４が配列している方向（主走査方向）での画像情報の読み取りである。主走査方向１ライン分の読み取り走査が終了した後、ステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２において、読み取った１ライン分の画像情報（ライン画像情報）の中から、後のＤＰ検出処理に供するための特徴部分である画像端部（原稿端部であるエッジ部）を抽出する。画像端部は、それを境として、原稿の像は無くなり、ライン画像の最端部まで黒となる特徴を用いて容易に検出できる。これにより、後に行う周波数解析でのＤＰ抽出において、高い精度でＤＰを検出できる。

ステップＳ２０３に進み、ステップＳ２０２において抽出されたエッジ部の画像情報を周波数解析することにより、特性周波数（ＤＰ）を検出する。

ステップＳ２０４に進み、検出されたＤＰに応じて、読み取り走査された１ライン分の画像データを補正する。

ステップＳ２０５では、読み取り走査した主走査ラインが最終ラインかどうかを判断し、最終ラインではない場合は、Ｓ２０６へ進み、最終ラインである場合は、処理を終了する。

ステップＳ２０６では、正立等倍レンズアレイ１１４が固定されているキャリッジを副走査方向にシフトさせ、Ｓ２０１に戻り、次のライン以降の読み取り走査処理を最終ラインまで繰り返す。

この処理によって、画像読取装置のスキャン動作終了後、速やかに原稿浮きの影響の少ない高画質の２次元画像を得ることができる。

上記した実施例において、主走査方向に１ライン分だけ読み取り走査するごとに、そのラインにおける浮き量を特定して、そのラインで読み取った画像データに対して、浮き量に相当する画像補正をする方法を例示して記載した。しかし、本発明はそれに限定されることはなく、主走査方向１ラインを読み取った後ではなく、所定の複数の主走査方向のラインを読み取り走査した後に、各主走査ラインで特定された浮き量を、近接する主走査ラインで特定された浮き量を考慮して、平均処理や、平滑化処理等を実施して、画像補正に適用する浮き量を決定して画像補正に適用するようにしてもよい。

また、１次元光電変換素子は１列でも良いし、異なる色のカラーフィルタをかけた複数列でも良い。レンズアレイは、屈折率分布材料により構成されるレンズアレイでも良いし、曲率を有したレンズを積層させたレンズアレイでも良い。

さらに、得られた原稿浮き量は画像処理に用いるばかりでなく、画像読取装置の使用者に対し、原稿が浮いていることを通知する機能として画像読取装置に適用しても良い。それにより使用者は、原稿を浮きがないようにセットし直して、画像の読み取りをやり直すこともできるし、また、手動で画像処理を行うなど、より鮮明な画像を得るための手段を講ずることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１１１：原稿台ガラス
１１２：原稿
１１３：１次元光電変換素子（ラインセンサ）
１１４：正立等倍レンズアレイ（レンズアレイ）

Claims (9)

1. 原稿を載置する原稿台と、ラインセンサと、該ラインセンサの画素の配列方向に配列されたレンズアレイと、を有する画像読取装置で読取った画像情報に基づき、該原稿台からの原稿の浮き量を検出する方法であって、
   該ラインセンサの画素の配列方向に走査して該原稿の画像情報をライン画像情報として取得し、
   該ライン画像情報から特徴部分を抽出し、
   該特徴部分の画像情報を周波数解析して特性周波数を検出し、
   該特性周波数から原稿浮き量を特定する、
   ことを特徴とする原稿浮き量検出方法。
2. 前記特徴部分は、前記ライン画像情報の中でコントラストの高い領域に対応する画像情報である、ことを特徴とする請求項１に記載の原稿浮き量検出方法。
3. 前記特徴部分は、前記ライン画像情報の中で原稿の主走査方向における端部に対応する画像情報である、ことを特徴とする請求項１に記載の原稿浮き量検出方法。
4. 前記周波数解析は高速フーリエ変換により行われる、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の原稿浮き量検出方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の原稿浮き量検出方法によって得られた焦点ズレ量を使用者に通知する機能を有した画像読取装置。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の原稿浮き量検出方法で特定した原稿浮き量に応じて、前記ライン画像情報を補正する画像処理方法。
7. 前記ライン画像情報の前記補正はコントラストの補正である、ことを特徴とする請求項６に記載の画像処理方法。
8. 前記ライン画像情報の前記補正は濃度補正である、ことを特徴とする請求項６に記載の画像処理方法。
9. 請求項６乃至８のいずれか１項に記載の画像処理方法を適用した画像処理を行うことを特徴とする画像読取装置。

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